設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術第10章-設備故障診斷的邏輯方法

學習目標：本章介紹設備故障診斷的邏輯方法。了解故障樹分析與診斷方法；理解故障模式、影響和致命度分析方法；了解其它邏輯方法。第十章設備故障診斷的邏輯方法第一節(jié)故障樹分析與診斷

故障樹分析（FTA，F(xiàn)aultTreeAnalysis）是可靠性設計的一種有效方法，也可以成為故障診斷技術中的一種有效方法。故障樹分析是一種針對某個特定的不希望事件的演繹推理分析，是一種將系統(tǒng)故障形成的原因進行由總體至部件按樹枝狀逐級細化的分析方法。故障樹提出的背景基于故障的層次特性，其故障成因和后果的關系往往具有很多層次并形成一連串的因果鏈，加之一因多果或一果多因的情況就構成了“樹”或“網”。在整個因果鏈或其中一段中，凡屬“由因求果”就是正問題，是尋求可能發(fā)生什么樣的系統(tǒng)狀態(tài)（通常是找系統(tǒng)故障狀態(tài)）的過程，如事件樹分析就是解決這類問題的一種方法；而“由果求因”就是逆問題，是尋求怎樣才能發(fā)生某個特定的系統(tǒng)狀態(tài)（通常是找部件故障模式）的過程。故障樹分析法就是一種由果到因的演繹分析方法。

故障樹分析在工程上的應用主要是：在設計中，應用FTA可以幫助設計者弄清系統(tǒng)的故障模式和成功模式；預測系統(tǒng)的安全性和可靠性，評價系統(tǒng)的風險；衡量元、部件對系統(tǒng)的危害度和重要度，找出系統(tǒng)或設備的薄弱環(huán)節(jié)，以便在設計中采取相應的改進措施；通過故障樹模擬分析，可實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。在管理和維修中可進行事故分析和系統(tǒng)故障分析；制定故障診斷和檢修流程，尋找故障檢測最佳部位和分析故障原因；完善使用方法，制定維修決策，以便采取有效的維修措施，切實預防故障的發(fā)生。第一節(jié)故障樹分析與診斷

在故障樹分析中，一般是把所研究系統(tǒng)最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為辨識和估計的目標，這個最不希望發(fā)生的系統(tǒng)故障事件稱為頂事件（也稱終端事件）；

然后在一定的環(huán)境與工作條件下，首先找出導致頂事件發(fā)生的必要和/或充分的直接原因，這些原因可能是部件中硬件失效、人為差錯、環(huán)境因素以及其它有關事件等因素，把它們作為第二級。

依次再找出導致第二級故障事件發(fā)生的直接因素作為第三級，如此逐級展開，一直追溯到那些不能再展開或毋需再深究的最基本的故障事件為止。

這些不能再展開或毋需再深究的最基本的故障事件稱為底事件（也稱初始事件）；

而介于頂事件和底事件之間的其它故障事件稱為中間事件。

把頂事件、中間事件和底事件用適當?shù)倪壿嬮T自上而下逐級連結起來所構成的邏輯結構圖就是故障樹。下面較低一級的事件是門的輸入，上面較高一級的事件是門的輸出。通常把僅含故障事件以及與門、或門的故障樹叫做正規(guī)故障樹。第一節(jié)故障樹分析與診斷序號名稱說明1基本門與門僅當所有輸入事件都發(fā)生時，輸出事件才發(fā)生。與門表示了輸入與輸出之間的一種因果關系。2或門至少一個輸入事件發(fā)生時，輸出事件才發(fā)生?；蜷T并不傳遞輸入與輸出的因果關系，輸入故障不是輸出故障的確切原因，只表示輸入故障來源的信息。3非門輸出事件是輸入事件的對立關系。4修正門順序與門僅當輸入事件按規(guī)定的順序依次發(fā)生時，輸出事件才發(fā)生。5持續(xù)時間與門僅當輸入事件發(fā)生并持續(xù)一定時間時，才導致輸出事件發(fā)生。6表決門僅當n個輸入事件中有r個或r個以上的事件發(fā)生時，輸出事件才發(fā)生。7異或門（互斥或門）在或門諸輸入事件中，僅當單個事件發(fā)生時，輸出事件才發(fā)生。8特殊門禁門僅當條件事件發(fā)生時，單個輸入事件的發(fā)生才導致輸出事件的發(fā)生。9其它的特殊門，如真值門、累加門、矩陣門等等，在此不一一贅述。表10-1邏輯門故障樹分析法的特點是：直觀、形象靈活、方便通用、可算故障樹分析有定性分析和定量分析對故障樹進行定性分析的主要目的是為了找出導致頂事件發(fā)生的所有可能的故障模式，也即弄清系統(tǒng)（或設備）出現(xiàn)某種最不希望的故障事件有多少種可能性。對故障樹進行定量分析的主要目的是求頂事件發(fā)生的特征量（如可靠度、重要度、故障率、累積故障概率、首次故障時間等）和底事件的重要度。第一節(jié)故障樹分析與診斷第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析一、概述故障模式及影響分析（FMEA，F(xiàn)aultModeandEffectAnalysis）和上一節(jié)所介紹的故障樹分析（FTA）都是從體系上分析系統(tǒng)故障的方法，但兩者層次分析的方向、特點和手段是不同的。FMEA是利用表格逐一分析系統(tǒng)中每個可能發(fā)生的故障模式（原因）對系統(tǒng)所產生的影響（后果），并把每個可能發(fā)生的故障模式按其嚴重程度予以分級評價的一種分析方法。這種方法本質上是一種定性的歸納邏輯推理，它是研究零件、部件等下一級故障對上一級子系統(tǒng)和系統(tǒng)影響的、自下而上的正向分析方法，以便對系統(tǒng)不同結構層次的故障模式進行預測模擬。為了能將FMEA用于定量分析，在其基礎上增加了致命度分析（CA，CriticalityAnalysis）的內容，發(fā)展成為故障模式、影響和致命度分析（FMECA）。FMECA基本上包括以下內容：故障模式分析；故障影響分析；預防故障的措施和補償控制；故障致命度分析。對于FMEA只包括前三項。第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析FMEA與FMECA的特點是：⑴利用邏輯表格系統(tǒng)地列舉構成系統(tǒng)零、部件的所有故障模式，然后進行單一的故障模式輸入，逐一探討故障模式對各層次、乃至最終系統(tǒng)的影響，是從可靠性角度對部件和系統(tǒng)故障進行的歸納性概念分析。⑵該方法主要用于設計階段，是在新系統(tǒng)的設計評價中應用已有的數(shù)據(jù)和經驗來預測故障的后果。⑶該方法以硬件為中心，原則上用于硬件故障模式的模擬和分析，對潛在的故障按其影響程度確定等級，提出系統(tǒng)的改進措施，為系統(tǒng)或設備的可靠性設計和維修規(guī)劃提供有效數(shù)據(jù)。第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析二、致命度分析如前所述，致命度分析（CA）是在FMEA的基礎上擴展成的定量分析，是根據(jù)一定的標準和規(guī)范對故障后果的危害程度進行的綜合評定和分級，可以獲得影響系統(tǒng)功能的關鍵故障模式，故總稱為故障模式、影響和致命度分析（FMECA，F(xiàn)ailureMode，EffectandCriticalityAnalysis）。針對關鍵故障模式進行故障機理分析并采取預防措施，不僅可減少故障機理分析的工作量，而且可大大提高系統(tǒng)的可靠性。1．故障程度的分類為對故障后果進行綜合評定，不同的國家及公司采用了不同的標準、等級和分類方法。應考慮以下諸因素：第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析⑴故障發(fā)生頻率系統(tǒng)在執(zhí)行一次任務期間，某個故障模式發(fā)生的次數(shù)與系統(tǒng)總故障次數(shù)之比，稱這對應于該故障模式的故障發(fā)生頻率，其極限意義即為故障發(fā)生概率。故障發(fā)生頻率可根據(jù)試驗和現(xiàn)場數(shù)據(jù)推斷，當不能準確求出故障頻率值時，可采用表10-2所示的評分法。等級程度發(fā)生頻率評分1很高：非常頻繁發(fā)生≥0.24－52高：經常發(fā)生0.1－0.23－43中：偶爾發(fā)生0.01－0.124低：很少發(fā)生0.001－0.0115極低：幾乎不可能發(fā)生≤0.0010表10-2故障發(fā)生頻率分類

第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析⑵故障嚴重度故障嚴重度亦稱故障等級，是故障模式對系統(tǒng)級層次影響的嚴重程度?？刹捎帽?0-3所示的分類方法，以及半定量化的評分數(shù)值。等級名稱程度評分修復情況1致命系統(tǒng)、環(huán)境和人員損失重大，可能導致人員傷亡。7-10一般不可修復，經濟上不合算。2嚴重

系統(tǒng)功能明顯惡化，組成層次嚴重故障，系統(tǒng)和環(huán)境損失較大，可能導致人員重傷。4-7不能立即修復，修復時間較長。3一般

系統(tǒng)功能下降，組成層次惡化，系統(tǒng)和環(huán)境損失較小，對人員無明顯傷害。2-4采取事后維修，可立即修復。4輕微系統(tǒng)功能正常，組成層次異常<2采取“調整型”維修后，即能修復。表10-3故障嚴重度分類第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析⑶故障可檢測的難易程度故障模式的可測試性和可診斷性是系統(tǒng)診斷能力的固有屬性。其主要衡量指標是故障檢出率、故障隔離率、誤診率、故障誤隔離率和分辨率等。為了評定故障模式可檢測的難易程度，可按表10-4所列的方法分類評分。等級程度評分1需用專門測試儀器進行精密診斷3-52需用通用設備進行簡易診斷23由人的感官感知

1表10-4故障可檢測程度的分類第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析2．致命度的定量分析將上述故障模式發(fā)生頻率、嚴重度和可檢測難易程度的評分值相乘，便得到故障后果綜合的評分值，將不同故障模式的綜合評分值按由大到小的順序排列，就得到FMECA的定時數(shù)值，即危險優(yōu)先數(shù)。對那些危險優(yōu)先數(shù)大的故障模式必須重點分析故障機理，尋找故障原因，研究故障監(jiān)控與診斷以及預防的方法和技術，對于那些嚴重度高的故障模式，凡屬于安全法規(guī)規(guī)定的項目都是安全保證的內容；對于那些發(fā)生頻率高的故障模式，應進行以排除故障產生根源為重點，在設計方面實施改進措施，采取在硬件方面防止故障再發(fā)生的對策；對那些未檢出率高的故障模式，也應消除故障原因，如果不能充分做到這一點，則應以檢測故障為重點，在改進檢測質量和診斷技術上下功夫。第二節(jié)故障模式、影響和致命度分析第三節(jié)其它邏輯方法一、工程邏輯法工程邏輯方法包括歸納與演繹、綜合與分析、比較與分類等等。其基本步驟為：1．用假設驗證法分析故障；2．列出故障成因關系并提出處理意見。其過程如下：階段A

問題A

假設1、2、……

驗證1、2、……

結論A階段B

問題B

假設1、2、……

驗證1、2、……

結論B……分析完畢后將分析過程作出總結，列出其相互關系并提出處理意見。二、框圖法將產生故障的各種原因根據(jù)它們的前后關系，以簡單的框圖形式排列出來，再據(jù)此逐一排除非故障原因，找出真正的故障原因。三、魚刺圖法魚刺圖法類似于框圖法。事實上，以上三種方法不僅用于設備故障診斷領域，它們在工程、管理等眾多領域中都有應用。第三節(jié)其它邏輯方法小結故障樹分析是一種針對某個特定的不希望事件的演繹推理分析，是一種將系統(tǒng)故障形成的原因進行由總體至部件按樹枝狀逐級細化的分析方法。其特點是：直觀、形象；靈活、方便；通用、可算。FMECA包括：故障模式分析；故障影響分析；預防故障的措施和補償控制；故障致命度分析。FMEA僅包括前三項，是定性分析。CA指最后一項，是在FMEA的基礎上擴展成的定量分析。其它邏輯方法包括工程邏輯法、框圖法、魚刺圖法等。問題與回答互動時間一、單項選擇題（在備選答案中選出一個正確答案，并將其號碼填在題干中的橫線上）1．在故障樹分析中，最不希望發(fā)生的系統(tǒng)故障事件稱為

。

A、頂事件B、中間事件C、底事件2．故障模式、影響和致命度分析中，應將故障發(fā)生頻率、故障嚴重度、故障可檢測的難易程度評分值

，便得到故障后果綜合的評分值。

A、相加B、取平均值C、相乘D、取加權平均二、判斷題（在括號內選擇打“√”或“×”）

1．故障樹分析法就是一種“由因求果”的演繹分析方法。（）2．把頂事件、中間事件和底事件用適當?shù)倪壿嬮T自上